Graças a duas tecnologias desenvolvidas pelo Professor Benoit Marsan e sua equipe no Departamento de Química da Universite du Quebec a Montreal (UQAM), o futuro científico e comercial das células solares poderia ser totalmente transformado. O professor Marsan apresentou soluções para dois problemas que, nos últimos vinte anos, têm impedido o desenvolvimento de células solares eficientes e acessíveis.

Suas descobertas foram publicadas em duas revistas científicas de prestígio, a Jornal da American Chemical Society ( JACS ) e Química da Natureza .

O potencial inexplorado da energia solar

A Terra recebe mais energia solar em uma hora do que todo o planeta consome atualmente em um ano! Infelizmente, apesar deste enorme potencial, a energia solar quase não é explorada. A eletricidade produzida por células solares convencionais, composto de materiais semicondutores como silício, é 5 ou 6 vezes mais caro do que as fontes de energia tradicionais, como combustíveis fósseis ou energia hidrelétrica. Ao longo dos anos, numerosas equipes de pesquisa tentaram desenvolver uma célula solar que fosse eficiente em termos de energia e barata de produzir.

Células solares sensibilizadas com corante

Uma das células solares mais promissoras foi projetada no início dos anos 90 pelo professor Michael Graetzel, da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), na Suíça. Com base no princípio da fotossíntese - o processo bioquímico pelo qual as plantas convertem a energia da luz em carboidratos (açúcar, seu alimento) - a célula solar Graetzel é composta por uma camada porosa de nanopartículas de um pigmento branco, dióxido de titânio, coberto com um corante molecular que absorve a luz solar, como a clorofila nas folhas verdes. O dióxido de titânio revestido com pigmento é imerso em uma solução eletrolítica, e um catalisador à base de platina completa o pacote.

Como em uma célula eletroquímica convencional (como uma bateria alcalina), dois eletrodos (o ânodo de dióxido de titânio e o cátodo de platina na célula de Graetzel) são colocados em cada lado de um condutor líquido (o eletrólito). A luz solar passa pelo cátodo e pelo eletrólito, e, em seguida, retira elétrons do ânodo de dióxido de titânio, um semicondutor na parte inferior da célula. Esses elétrons viajam através de um fio do ânodo para o cátodo, criando uma corrente elétrica. Desta maneira, a energia do sol é convertida em eletricidade.

A maioria dos materiais usados ​​para fazer esta célula é de baixo custo, fácil de fabricar e flexível, permitindo que eles sejam integrados em uma ampla variedade de objetos e materiais. Em teoria, a célula solar Graetzel tem enormes possibilidades. Infelizmente, apesar da excelência do conceito, este tipo de célula apresenta dois problemas principais que têm impedido sua comercialização em larga escala:

• O eletrólito é:a) extremamente corrosivo, resultando em falta de durabilidade; b) densamente colorido, impedir a passagem eficiente da luz; ec) limita a fotovoltagem do dispositivo a 0,7 volts.
  
• O cátodo é coberto com platina, um material que é caro, não transparente e raro.

Apesar das inúmeras tentativas, até a recente contribuição do Professor Marsan, ninguém foi capaz de encontrar uma solução satisfatória para esses problemas.

Soluções do professor Marsan

O professor Marsan e sua equipe trabalham há vários anos no projeto de uma célula solar eletroquímica. Seu trabalho envolveu novas tecnologias, para o qual recebeu numerosas patentes. Ao considerar os problemas da célula desenvolvida por seu colega suíço, O professor Marsan percebeu que duas das tecnologias desenvolvidas para a célula eletroquímica também poderiam ser aplicadas à célula solar Graetzel, especificamente:

• Para o eletrólito, moléculas inteiramente novas foram criadas no laboratório, cuja concentração foi aumentada com a contribuição do professor Livain Breau, também do Departamento de Química. O líquido ou gel resultante é transparente e não corrosivo e pode aumentar a fotovoltagem, melhorando assim a produção e estabilidade da célula.
  
• Para o cátodo, a platina pode ser substituída por sulfeto de cobalto, que é muito menos caro. Também é mais eficiente, mais estável e fácil de produzir em laboratório.

Imediatamente após sua publicação em JACS e Química da Natureza , As propostas do professor Marsan foram recebidas com entusiasmo pela comunidade científica. Muitos vêem sua contribuição como um grande avanço na pesquisa sobre a produção de células solares eficientes e de baixo custo.